Фильтровальная камера для газовых турбин и способ технического обслуживания указанной камеры Российский патент 2018 года по МПК B01D46/24 F02C7/52 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к фильтровальным камерам и способам их технического обслуживания. В частности, данное изобретение относится к фильтровальным камерам для газовых турбин.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Газовые турбины, предназначенные как для генерирования электроэнергии, так и для использования в качестве механического привода, работают при разных условиях окружающей среды. Чтобы обеспечить надлежащую работу механизмов в условиях эксплуатации и полностью реализовать их возможности с точки зрения производительности и надежности, необходимо проводить очистку воздуха, расходуемого в процессе работы указанных механизмов. Несмотря на то, что концентрация пыли в атмосфере, как правило, очень мала, в течение года газовая турбина потребляет такое большое количество воздуха, расходуемого в процессе эксплуатации, что даже не слишком большая стационарная газовая турбина или газовая турбина на базе авиационного двигателя может всасывать вместе с воздухом несколько сотен килограммов пыли, если не предусмотреть использование эффективных систем фильтрации.

Производительность осевого компрессора газовой турбины напрямую зависит от гладкости поверхностей вращающихся и неподвижных лопаток, а также от формы аэродинамических профилей. В результате коррозии и эрозии указанные поверхности могут стать шероховатыми, а всасывание в турбину веществ, которые прилипают (прирастают) к поверхностям, будет приводить к изменению формы указанных поверхностей. Более того, всасывание загрязнений может вызывать высокотемпературную коррозию, засорение охлаждающих проходов и оплавление частиц в высокотемпературных секциях газовой турбины.

Для предотвращения или уменьшения повреждений различных элементов турбомеханизма, которые могут быть вызваны пылью, содержащейся в воздухе для горения, всасываемом компрессором, выше по потоку от приемной камеры газотурбинного двигателя, как правило, располагают систему фильтрации.

Фиг. 1 изображает газотурбинную установку 100, содержащую газотурбинный двигатель и систему фильтрации, выполненную в соответствии с известным уровнем техники. Газотурбинная установка 100 содержит газотурбинный двигатель 103 и систему 105 подачи воздуха горения. Как правило, газотурбинный двигатель 103 содержит газовый генератор, включающий компрессор 107 и газовую турбину 109 высокого давления. Ниже по потоку от газовой турбины 109 высокого давления расположена силовая турбина или турбина 111 низкого давления, которая вырабатывает полезную мощность, необходимую для приведения в действие нагрузки (не показана на чертеже). В некоторых вариантах выполнения, обычно в стационарных газотурбинных установках, используют одновальную газовую турбину, которая приводит в действие компрессор и вырабатывает полезную мощность для нагрузки.

Система 105 подачи воздуха горения обеспечивает поступление данного воздуха в воздухозаборную камеру 113, расположенную выше по потоку от компрессора 107. Система 105 подачи воздуха содержит систему 115 фильтрации. Система 115 фильтрации, как правило, содержит камеру 116, имеющую сторону 117 впуска воздуха и сторону 119 выпуска воздуха. Внутри камеры 116 выполнен фильтр 122, который разделяет камеру 116 на верхний по потоку отсек 116U и нижний по потоку отсек 116D. Воздух, поступающий в камеру 116 через несколько вертикально расположенных вытяжных колпаков 121, проходит через верхний по потоку отсек 116U и фильтруется, проходя через фильтр 122. Фильтр 122 состоит из нескольких фильтрующих картриджей 123, установленных в перегородке 125. Отфильтрованный воздух, выходящий из фильтра 122, проходит через нижний по потоку отсек 116D по направлению к каналу 127 и поступает в воздухозаборную камеру 113 двигателя 103.

Фильтр 122 обычно представляет собой так называемый импульсный фильтр или фильтр с импульсной очисткой, например, такой как описан в европейском патентном документе ЕР 1086303. Картриджи 123 периодически очищают с помощью пульсирующих струй сжатого воздуха, имеющих направление, противоположное обычному направлению воздушного потока, проходящего через систему 122 фильтрации. Загрязнения, накопившиеся на верхней по потоку стороне картриджей 123, отделяются от указанных картриджей и падают вниз на дно камеры 116, откуда их можно удалить.

Воздушные фильтры и устройства фильтрации характеризуются эффективностью выделения частиц из воздушного потока. Как правило, фильтры подразделяют на группы и классы. Данная классификация основана на результатах измерений сепарационной способности с помощью стандартизированных методов. Группу определяют на основании унифицированного способа измерений и одинаковых параметров тестирования. Класс внутри группы определяют на основании нижнего порогового значения или двух (верхнего и нижнего) пороговых значений сепарационной способности фильтра применительно к способу определения группы, к которой принадлежит класс.

Степень улавливания фильтра 122 обычно ограничена классом F9 согласно стандартам EN779-2012 или соответствует 15-й категории MERV согласно стандартам ASHRAE 52.2.

В некоторых случаях возникает потребность фильтрующем устройстве, обладающем большей производительностью благодаря наличию дополнительной ступени фильтрации ниже по потоку от фильтра 122, например, фильтра типа ЕРА или НЕРА. Указанные фильтры, отличающиеся более высокими показателями очистки, являются чрезвычайно дорогими и по причине их высокой производительности в улавливании должны быть оснащены эффективными фильтрами грубой очистки, расположенными выше по потоку, для предотвращения засорения.

Применение высокопроизводительных фильтров типа ЕРА или НЕРА, расположенных ниже по потоку от ступени 122 фильтрации с импульсной очисткой, показанной на Фиг. 1, как правило, нежелательно, поскольку при необходимости замены фильтрующих картриджей 123 первой ступени 122 фильтрации грязь, накопившаяся на верхней по потоку стороне фильтрующих систем 123, 125, проходит через перегородку 125, когда вынимают отдельные картриджи 123. Грязь, попавшая или увлекаемая высокоскоростным воздушным потоком, образованным в отверстиях, оставшихся открытыми после временного удаления картриджей 123, засоряет нижний по потоку отсек 116D и фильтр типа ЕРА или НЕРА, расположенный ниже по потоку от него. Для предотвращения указанных недостатков замену фильтров следует выполнять после отключения газовой турбины. С другой стороны, остановка турбины приводит к серьезным экономическим потерям.

Таким образом, существует потребность в более эффективной системе фильтрации, выполненной с возможностью проведения ее технического обслуживания при включенном газотурбинном двигателе 103, т.е. во время работы указанного двигателя, тем самым полностью или частично решая вышеупомянутые проблемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту варианты выполнения настоящего изобретения, описанного в данном документе, относятся к системе фильтрации, предназначенной для фильтрации воздуха на впуске в газовую турбину и содержащей первый фильтр и второе фильтр, расположенный ниже по потоку от первого фильтра и обладающий более высокой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром. Между первым и вторым фильтрами расположен первый защитный фильтр, обладающий более низкой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром. Таким образом, обеспечивается возможность замены картриджей или фильтрующих компонентов первого фильтра в процессе работы турбины без риска повреждения или засорения второго фильтра или риска загрязнения камеры с чистым воздухом, расположенной ниже по потоку от первого фильтра, например, грязью, увлекаемой высокоскоростным воздушным потоком, образованным в результате удаления отдельных фильтрующих картриджей.

Грязь, переносимая высокоскоростным воздушным потоком, проходящим по воздушному каналу, образованному в первом фильтре в результате удаления фильтрующего картриджа или фильтрующего элемента, задерживается первым защитным фильтром, защищающим камеру с чистым воздухом и расположенным в ней вторым фильтром.

Согласно некоторым вариантам выполнения первый фильтр является самоочищающимся, например, фильтром с импульсной очисткой.

Согласно некоторым вариантам выполнения между первым фильтром и первым защитным фильтром может быть расположено устройство изменения потока. Устройство изменения потока может включать решетку, сетку или ячеистый элемент, либо любую другую механическую конструкцию, обеспечивающую уменьшение скорости и плотности воздушного потока, выходящего из первого фильтра и направленного к первому защитному фильтру. Таким образом, обеспечивается предотвращение рисков повреждений защитного фильтра.

В предложенной системе фильтрации ниже по потоку от второго фильтра может быть расположен второй защитный фильтр, обладающий более низкой степенью улавливания по сравнению со вторым фильтром.

Первый и второй фильтры могут быть расположены в фильтровальной камере, имеющей сторону впуска воздуха и сторону выпуска воздуха, и первый фильтр может разделять фильтровальную камеру на верхний по потоку отсек и нижний по потоку отсек, при этом первый защитный фильтр может быть расположен в нижнем по потоку отсеке.

Указанное устройство изменения потока может быть расположено в нижнем по потоку отсеке между первым фильтром и первым защитным фильтром, при этом доступ в верхний по потоку отсек может обеспечивать первая дверца, а доступ в нижний по потоку отсек может обеспечивать вторая дверца.

В предложенной системе фильтрации второй фильтр может относиться к классу ЕРА или НЕРА, степень улавливания первого фильтра может соответствовать классу F7 или более высокому классу, степень улавливания второго фильтра может соответствовать классу Е10 или более высокому классу, а степень улавливания первого защитного фильтра может соответствовать классу G4 или более высокому классу.

Согласно следующему аспекту изобретение, описанное в данном документе, относится к газотурбинной установке, содержащей газотурбинный двигатель и систему фильтрации, как описано выше, включающую первый фильтр грубой очистки и второй фильтр тонкой очистки, между которыми имеется защитный фильтр.

Согласно следующему аспекту изобретение, описанное в данном документе, также относится к способу технического обслуживания системы фильтрации, выполненной с возможностью подачи воздуха к газовой турбине, при этом указанная система фильтрации содержит первый фильтр, второй фильтр, расположенный ниже по потоку от первого фильтра и обладающий такой же или более высокой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром, первый защитный фильтр, расположенный между первым и вторым фильтрами и обладающий более низкой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром, причем указанный способ включает этап замены фильтрующих элементов первого фильтра в процессе работы газовой турбины с предотвращением попадания грязи из первого фильтра во второй фильтр с помощью первого защитного фильтра.

В предложенном способе могут использовать устройство изменения потока между первым фильтром и первым защитным фильтром и замедлять воздушный поток, выходящий из первого фильтра и проходящий по направлению к первому защитному фильтру, посредством устройства изменения потока на указанном этапе замены фильтрующих элементов первого фильтра.

В предложенном способе также могут использовать защитный фильтр, расположенный ниже по потоку от второго фильтра, и заменять фильтрующие элементы второго фильтра после замены фильтрующих элементов первого фильтра с предотвращением выхода грязи или посторонних включений из системы фильтрации посредством второго защитного фильтра.

Согласно еще одному аспекту изобретение, описанное в данном документе, также относится к способу технического обслуживания системы фильтрации, выполненной с возможностью подачи воздуха к газовой турбине, при этом система фильтрации содержит фильтровальную камеру, имеющую впуск для воздуха и выпуск для воздуха, первый фильтр, обладающий первой степенью улавливания и расположенный в указанной фильтровальной камере, второй фильтр, обладающий второй степенью улавливания, которая равна первой степени улавливания или превышает ее, и расположенный в указанной фильтровальной камере ниже по потоку от первого фильтра, первый защитный фильтр, расположенный в указанной фильтровальной камере между первым и вторым фильтрами и обладающий более низкой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром, причем указанный первый защитный фильтр разделяет фильтровальную камеру на верхний по потоку отсек и нижний по потоку отсек, и второй защитный фильтр, расположенный между вторым фильтром и выпуском для воздуха, причем степень улавливания второго защитного фильтра ниже по сравнению со вторым фильтром, при этом указанный способ включает следующие этапы: открывание верхнего по потоку отсека, проникновение в верхний по потоку отсек, замена фильтрующих элементов первого фильтра, предотвращая при этом попадание загрязнений из первого фильтра во второй фильтр посредством первого защитного фильтра, выход из верхнего по потоку отсека, закрывание верхнего по потоку отсека, открывание нижнего по потоку отсека, проникновение в нижний по потоку отсек, замена фильтрующих элементов второго фильтра, предотвращая при этом выход посторонних включений или загрязнений из указанной фильтровальной камеры посредством второго защитного фильтра, причем указанные этапы выполняют в процессе работы газовой турбины.

В указанном способе дополнительно могут использовать устройство изменения потока между первым фильтром и первым защитным фильтром и замедлять воздушный поток, выходящий из первого фильтра и проходящий по направлению к первому защитному фильтру, посредством устройства изменения потока во время замены фильтрующих элементов первого фильтра.

В указанном способе дополнительно могут также заменять фильтрующие элементы первого защитного фильтра после замены фильтрующих элементов первого фильтра.

Далее описаны признаки и варианты выполнения данного изобретения, также приведенные в прилагаемой формуле изобретения, которая составляет неотъемлемую часть данного описания. В вышеизложенном кратком описании приведены характерные признаки различных вариантов выполнения данного изобретения для лучшего понимания следующего подробного описания и оценки вклада в известный уровень техники. Настоящее изобретение включает и другие признаки, которые будут описаны далее и указаны в прилагаемой формуле изобретения. В связи с этим перед тем, как перейти к подробному объяснению некоторых вариантов выполнения данного изобретения, следует пояснить, что различные варианты выполнения данного изобретения не ограничены в их применении деталями конструкции и расположением элементов, указанными в следующем описании или проиллюстрированными на чертежах. Настоящее изобретение включает и другие варианты выполнения, которые могут быть реализованы на практике и осуществлены различным образом. Кроме того, следует понимать, что используемые в данном документе выражения и термины является описательными и не должны трактоваться в качестве ограничительных.

С учетом изложенного для специалистов будет понятно, что концепция, на которой основано изобретение, может быть легко использована в качестве основы для разработки других конструкций, способов и/или систем, с помощью которых могут быть реализованы некоторые цели изобретения. Таким образом, важно отметить, что формула изобретения предполагает включение таких эквивалентных конструкции в рамках сущности и объема данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более полное понимание описанных вариантов выполнения изобретения и его многочисленных сопутствующих преимуществ обеспечивается благодаря приведенному ниже подробному описанию, выполненному со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах:

Фиг. 1 изображает газотурбинную установку с системой фильтрации в соответствии с известным уровнем техники;

Фиг. 2 изображает газовую турбину и систему фильтрации в соответствии с данным изобретением;

Фиг. 3 изображает часть системы фильтрации, показанной на Фиг. 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следующее подробное описание примерных вариантов выполнения приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одинаковыми номерами позиций на разных чертежах обозначены одинаковые или подобные элементы. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе. Более того, приведенное далее подробное описание не ограничивает изобретение, при этом объем изобретения определен прилагаемой формулой изобретения.

Используемое в тексте описания выражение «один вариант выполнения» или «вариант выполнения», или «некоторые варианты выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанные применительно к какому-либо варианту выполнения, относятся по меньшей мере к одному варианту выполнения данного изобретения. Таким образом, выражения «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения», или «в некоторых вариантах выполнения», присутствующие в различных местах текста описания, не обязательно относятся к одному и тому же варианту (вариантам) выполнения. Более того, конкретные признаки, конструкции или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одном или нескольких вариантах выполнения.

Фиг. 2 изображает газотурбинную установку 1, содержащую систему 2 фильтрации, обеспечивающую подачу воздуха горения в газотурбинный двигатель 3. Канал 4 подачи чистого воздуха соединяет систему 2 фильтрации с газотурбинным двигателем 3. В некоторых вариантах выполнения газотурбинный двигатель 3 содержит осевой компрессор 5 и газовую турбину 6. Газотурбинный двигатель может содержать стационарную газовую турбину. В других вариантах выполнения газотурбинный двигатель может содержать газовую турбину на базе авиационного двигателя.

Чистый воздух горения, подаваемый по каналу 4, всасывается компрессором 5. Компрессор 5 повышает давление воздуха до значения, необходимого для горения в камере 7 сгорания, причем сжатый воздух смешивается с жидким или газообразным топливом, и эта воздушно-топливная смесь поджигается. Газообразные продукты сгорания расширяются в турбине 6, которая вырабатывает мощность, необходимую для приведения в действие компрессора 5, и дополнительную полезную мощность, снимаемую в месте 6А соединения с нагрузкой для приведения в действие нагрузки, обозначенной на чертеже как L. Нагрузка L может представлять собой электрогенератор, центробежный компрессор или ряд компрессоров, либо любую другую нагрузку, которая преимущественно может быть приведена в действие посредством газотурбинного двигателя.

Конструкция системы 2 фильтрации лучше всего показана на Фиг. 3, изображающей ее вертикальный разрез.

Система 2 фильтрации содержит фильтровальную камеру 11, имеющую сторону 13 впуска воздуха и сторону 15 выпуска воздуха. На впуске 13 воздуха выполнено устройство, состоящее из вертикально расположенных впускных вытяжных колпаков, или другое средство 17 защиты от атмосферных воздействий. Воздух из окружающей среды всасывается компрессором 5 через вытяжные колпаки 17, как показано стрелками F. Воздух очищается и фильтруется с помощью фильтра, расположенного внутри фильтровальной камеры 11, описанной далее. Чистый отфильтрованный воздух проходит через выпуск 15 для воздуха и канал 4 в компрессор 5 двигателя 3.

Согласно некоторым вариантам выполнения перегородка 19, расположенная внутри камеры 11, разделяет камеру 11 на верхний по потоку отсек 21 и нижний по потоку отсек 23. Перегородка 19 образует часть первого фильтра, в целом обозначенного номером 25. В некоторых вариантах выполнения фильтр 25 представляет собой самоочищающийся фильтр. Самоочищающийся фильтр представляет собой устройство, оснащенное системой для периодического удаления загрязнений, таких как пыль и частицы, выделенные из воздушного потока, проходящего через систему 2 фильтрации, из фильтрующей среды фильтра 25.

Согласно некоторым вариантам выполнения фильтр 25 представляет собой импульсный фильтр или фильтр с импульсной очисткой. Фильтр 25 может содержать несколько фильтрующих картриджей 27, независимо друг от друга опирающихся на перегородку 19. Как известно из предшествующего уровня техники, перегородка 19 может иметь несколько гнезд, каждое из которых выполнено с возможностью размещения в нем одного из картриджей 27. Картриджи 27 выполнены с возможностью удаления из соответствующего отверстия и замены после отработки по отдельности.

Фильтрующие картриджи 27 могут представлять собой фильтры тонкой очистки пыли, относящиеся к группе F в соответствии со стандартами EN779-2012. Согласно некоторым вариантам выполнения степень улавливания фильтрующих картриджей 27 может соответствовать классу F8 или F9 по стандартам EN779-2012, т.е. 14-й или 15-й категории MERV по стандартам ASHRAE 52.2.

Верхний по потоку отсек 21 представляет собой отсек, в который поступает загрязненный воздух и в котором выполняется первый этап фильтрации. В зависимости от класса фильтрующих картриджей 27 частицы, содержащиеся в воздушном потоке и соответствующие определенному диапазону размеров, захватываются фильтрующими картриджами 27 фильтра 25 и собираются на наружной поверхности указанных картриджей.

Если фильтр 25 представляет собой самоочищающуюся систему, например, фильтр с импульсной очисткой, загрязнение, накопившееся на фильтрующих картриджах 27, время от времени удаляют с помощью импульсных струй, ударяющих по каждому фильтрующему картриджу 27 в направлении, противоположном обычному направлению воздушного потока, проходящего через систему 25 фильтрации. Грязь, удаленная из фильтрующих картриджей 27, падает вниз на дно отсека 21 и может быть удалена через отверстие (не показано на чертежах).

Частично отфильтрованный или предварительно отфильтрованный воздух проходит через перегородку 19 и поступает в нижний по потоку отсек 23. В нижнем по потоку отсеке 23 может быть расположен второй фильтр, обозначенный на чертеже номером 29. Второй фильтр 29 обладает степенью улавливания преимущественно выше, чем у первого фильтра 25.

Согласно некоторым вариантам выполнения второй фильтр 29 может содержать фильтрующие элементы или фильтрующие картриджи, соответствующие классу ЕРА (воздушные фильтры для эффективного улавливания частиц) или классу НЕРА (воздушные фильтры для высокоэффективного улавливания частиц), т.е. к группе Е или Н согласно стандарту EN1822-2009. В некоторых дополнительных вариантах выполнения система 29 фильтрации может содержать воздушные фильтры ультравысокой фильтрации частиц (ULPA) класса U в соответствии со стандартами EN1822-2009. В соответствии с примерными вариантами выполнения на сегодняшний день предпочтительные значения степени улавливания частиц для фильтра 29 относятся к классу Е10-Е12 в соответствии со стандартами EN1822-2009.

Фильтр 29 может включать несколько ступеней фильтрации, например, две расположенные последовательно ступени, при этом степень улавливания частиц указанных ступеней увеличивается в направлении потока.

Между первым 25 и вторым 29 фильтрами расположен первый защитный фильтр 31. Защитный фильтр, описанный в данном документе, представляет собой фильтр, степень улавливания которого ниже степени улавливания фильтра, расположенного непосредственно выше по потоку, и используется в качестве временного фильтра для предотвращения проникновения пыли в канал 4, когда в ходе цикла технического обслуживания, например, при включенном газотурбинном двигателе производят замену фильтрующих элементов или компонентов расположенного выше по потоку фильтра.

Таким образом, согласно некоторым вариантам выполнения степень улавливания первого защитного фильтра 31 ниже степени улавливания фильтра 25 с импульсной очисткой. Если устройство 25 относится к классу F9 согласно стандартам EN779-2012 (15-й категории MERV согласно стандарту ASHRAE 52.2), с точки зрения пропускной способности первый защитный фильтр 31 может соответствовать фильтрам грубой или тонкой очистки пыли. В некоторых вариантах выполнения первый защитный фильтр 31 относится к классу G3 или предпочтительно G4 согласно стандартам EN779-2012, соответствуя 7-й категории MERV в соответствии со стандартами ASHRAE 52.2. Согласно другим вариантам выполнения первый защитный фильтр 31 относится к классу М5 или М6 по стандартам EN779-2012, т.е. к 11-й категории MERV по стандартам ASHRAE 52.2, соответственно.

В некоторых вариантах выполнения расстояние между первым защитным фильтром 31 и первым фильтром 25 является достаточным для размещения между ними устройства 33 изменения потока. Согласно некоторым вариантам выполнения устройство 33 изменения потока может содержать стенку с отверстиями, решетку или сетку, проходное сечение которой обеспечивает снижение скорости высокоскоростного воздушного потока, который образуется в результате удаления отдельных фильтрующих картриджей 27 первого фильтра 25 для их технического обслуживания или замены. При этом проходное сечение указанного устройства изменения потока имеет достаточно большой размер, обеспечивая незначительный перепад давления в поперечном направлении при нормальных рабочих условиях, т.е. когда скорость воздушного потока, проходящего через фильтровальную камеру 2, ограничена, например, до 10 м/с или ниже, предпочтительно до 5 м/с или ниже.

Согласно некоторым вариантам выполнения в камере 11 ниже по потоку от второго фильтра 29 расположен второй защитный фильтр 35. Степень улавливания второго защитного фильтра 35 ниже степени улавливания второго фильтра 29. Например, в некоторых вариантах выполнения второй защитный фильтр 35 может обладать, по существу, такой же степенью улавливания, что и первый защитный фильтр 31. Таким образом, второй защитный фильтр 35 может принадлежать к классу G4 или М5 или М6 согласно стандартам EN779-2012, соответствуя 7-й, 9-й или 11-й категории MERV согласно стандартам ASHRAE 52.2.

Верхний по потоку отсек 21 может быть оснащен первой дверцей 41 для обслуживания, которая обеспечивает доступ для технического персонала в отсек 21. Также для доступа в нижний по потоку отсек 23 для выполнения технического обслуживания может быть выполнена вторая дверца 43.

Вышеописанное устройство ступеней фильтрации обеспечивает очень эффективную систему фильтрации, для которой значения степени улавливания соответствуют, например, классу Е10, Е11 или Е12 согласно стандартам EN1822-2009, или более высокому классу, что обусловлено использованием второй, высокоэффективной ступени 29 фильтрации. Как станет понятно из приведенного далее описания возможного способа технического обслуживания, наличие первого защитного фильтра 31 обеспечивает защиту второго фильтра 29 от забивания грязью, увлекаемой воздушным потоком в процессе замены фильтрующих картриджей или элементов 27 первого фильтра 25. С другой стороны, второй защитный фильтр 35 обеспечивает возможность замены отдельных фильтрующих картриджей или фильтрующих элементов второго фильтра 29. Операции по замене картриджей, установленных как в первом фильтре 25, так и втором фильтре 29, могут быть выполнены при включенном газотурбинном двигателе 3, т.е., в процессе его работы.

Далее на примере описана возможная последовательность этапов технического обслуживания.

Согласно некоторым вариантам выполнения перепад давления на первом фильтре 25 при нормальных рабочих условиях обычно составляет от 250 Па (при использовании новых фильтрующих картриджей) до 1500 Па (при использовании отработавших фильтрующих картриджей, требующих замены).

Когда возникает необходимость замены фильтрующих картриджей 27 первого фильтра 25, например, в результате достижения максимально допустимого перепада давления по причине изнашивания фильтрующих картриджей, технический персонал может войти в верхний по потоку отсек 21 через дверцу 41. Перед заменой картриджей 27 может быть выполнена их очистка посредством импульсных струй для удаления основной части пыли, накопившейся на наружной поверхности фильтрующих картриджей 27.

При нормальных условиях работы, когда все картриджи 27 установлены на перегородке 19, скорость воздуха, проходящего через систему 2 фильтрации, составляет около 1-5 м/с, как правило, около 2-3 м/с.

Поскольку замену фильтрующих картриджей выполняют во время работы газотурбинного двигателя, т.е., при работающем компрессоре 5, когда один из картриджей 27 вынут из перегородки 19, резкое падение сопротивления потока, вызванное удалением фильтрующего картриджа, приводит к сильному локальному повышению скорости воздуха, что вызывает захват воздушным потоком частиц пыли или другого загрязняющего материала, возможно осевшего на перегородке 19 вокруг отверстия, из которого был удален картридж 27, и перенос их в расположенный ниже по потоку отсек 23. Первый защитный фильтр 31 предотвращает попадание таких захваченных частиц пыли во второй фильтр 29. Таким образом, обеспечивается возможность последовательного удаления всех фильтрующих картриджей 27 первого фильтра 25, обеспечивая при этом сохранность дорогостоящего фильтра 29.

Для предотвращения повреждения защитного фильтра 31 под действием кинетической энергией концентрированного высокоскоростного воздушного потока, образовавшегося в проемах, из которых по отдельности удалены картриджи 27, преимущественно может быть предусмотрено устройство 33 изменения потока. Устройство 33 изменения потока разбивает и замедляет высокоскоростной воздушный поток, так что после указанного устройства скорость воздуха и его кинетическая энергия уменьшаются, и воздействие воздуха на защитный фильтр 31 не будет вызывать повреждений.

Согласно некоторым вариантам выполнения для проверки правильности установки замененных картриджей 27 в соответствующих отверстиях перегородки 19 и предотвращения ненадлежащего функционирования фильтра ниже по потоку от указанной перегородки 19 может быть выполнена система освещения. После установки на месте картриджей 27 операторы могут включить систему освещения и проверить, виден ли свет с той стороны перегородки 19, которая обращена в сторону впуска воздуха. Световое излучение, проходящее через перегородку 19, указывает на наличие зазора между перегородкой 19 и картриджем (картриджами) 27, т.е. на необходимость переустановки картриджа (картриджей) 27 надлежащим образом.

Согласно некоторым вариантам выполнения способ технического обслуживания также может включать дополнительный этап замены картриджей или элементов второго фильтра 29. После того, как были сняты и заменены фильтрующие картриджи 27 первого фильтра 25, технический персонал может выйти из верхнего по потоку отсека 21 фильтровальной камеры 11 и закрыть дверцу 41. Доступ в нижний по потоку отсек 23 осуществляется через дверцу 43. В указанный отсек входят предпочтительно после замены фильтрующих картриджей 27 первого фильтра 25. Новые фильтрующие картриджи, установленные в первом фильтре 25, обеспечивают уменьшение перепада давления на первом фильтре и, следовательно, уменьшение разности давлений между внутренним пространством отсека 23 и внешней средой, облегчая доступ в нижний по потоку отсек 23.

После проникновения в нижний по потоку отсек 23 камеры 11 технический персонал может выполнить замену фильтрующих картриджей или фильтрующих элементов второго фильтра 29. При этом посредством второго защитного фильтра 35 предотвращено попадание в канал 4 постороннего материала, пыли или загрязнений, случайно прошедших через второй фильтр 29 в местах удаления фильтрующих картриджей.

При нормальных рабочих условиях замену фильтрующих картриджей 27 первого фильтра 25 выполняют чаще, чем замену фильтрующих элементов или фильтрующих картриджей второго фильтра 29. Таким образом, в некоторых вариантах выполнения способ технического обслуживания включает только описанные выше этапы, касающиеся замены фильтрующих картриджей 27 первого фильтра 25. При этом в некоторых вариантах выполнения способ технического обслуживания, наоборот, будет включать этапы, относящиеся к замене фильтрующих картриджей или фильтрующих элементов второго фильтра 29.

Применение первого защитного фильтра 31 обеспечивает защиту второго фильтра 29 от засорения грязью и частицами, отделившимися от конструкции первого фильтра 25 во время замены фильтрующих картриджей 27. Таким образом, обеспечивается возможность использования достаточно дорогих и высокоэффективных фильтрующих картриджей, степень улавливания которых выше степени улавливания первого фильтра 25, например, ЕРА или НЕРА фильтров, обеспечивая более высокую производительность газотурбинного двигателя 3 и сокращая необходимость промывки компрессора и турбины.

Несмотря на то, что описанные в данном документе варианты выполнения настоящего изобретения проиллюстрированы и подробно раскрыты выше на примере нескольких иллюстративных вариантов выполнения, специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны многочисленные модификации, изменения и опущения, по существу в пределах идеи изобретения, принципов и концепций, описанных в данном документе, а также преимуществ настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Следовательно, соответствующий объем правовой охраны данного изобретения определяется формулой изобретения исключительно в самом широком ее толковании, включая все подобные модификации, изменения и опущения. Кроме того, порядок или последовательность любых этапов процесса или способа могут быть изменены или заново установлены в соответствии с альтернативными вариантами выполнения.

Изобретение относится к системе фильтрации, предназначенной для фильтрации воздуха на впуске газовой турбины. Система фильтрации содержит первый фильтр (25) и расположенный ниже по потоку от него второй фильтр (29), обладающий более высокой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром (25). Между первым фильтром (25) и вторым фильтром (29) расположен защитный фильтр (31), обладающий более низкой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром (25). Технический результат: высокая эффективность фильтрации. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система фильтрации воздуха на впуске в газовую турбину, содержащая:

первый фильтр,

второй фильтр, расположенный ниже по потоку от первого фильтра и обладающий более высокой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром,

причем между первым и вторым фильтрами расположен первый защитный фильтр, обладающий более низкой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром.

2. Система фильтрации по п. 1, в которой первый фильтр является самоочищающимся фильтром.

3. Система фильтрации по п. 1, в которой первый фильтр является фильтром с импульсной очисткой.

4. Система фильтрации по п. 1, в которой между первым фильтром и первым защитным фильтром расположено устройство изменения потока.

5. Система фильтрации по п. 1, в которой ниже по потоку от второго фильтра расположен второй защитный фильтр, обладающий более низкой степенью улавливания по сравнению со вторым фильтром.

6. Система фильтрации по п. 4, в которой первый и второй фильтры расположены в фильтровальной камере, имеющей сторону впуска воздуха и сторону выпуска воздуха, и первый фильтр разделяет фильтровальную камеру на верхний по потоку отсек и нижний по потоку отсек, при этом первый защитный фильтр расположен в нижнем по потоку отсеке.

7. Система фильтрации по п. 6, в которой указанное устройство изменения потока расположено в нижнем по потоку отсеке между первым фильтром и первым защитным фильтром.

8. Система фильтрации по п. 6, в которой доступ в верхний по потоку отсек обеспечивает первая дверца, а доступ в нижний по потоку отсек обеспечивает вторая дверца.

9. Система фильтрации по п. 1, в которой второй фильтр относится к классу ЕРА или НЕРА.

10. Система фильтрации по п. 1, в которой степень улавливания первого фильтра соответствует классу F7 или более высокому классу.

11. Система фильтрации по п. 1, в которой степень улавливания второго фильтра соответствует классу Е10 или более высокому классу.

12. Система фильтрации по любому из предшествующих пунктов, в которой степень улавливания первого защитного фильтра соответствует классу G4 или более высокому классу.

13. Газотурбинная установка, содержащая газотурбинный двигатель и систему фильтрации по любому из предшествующих пунктов, проточно сообщающуюся с указанным газотурбинным двигателем.

14. Способ технического обслуживания системы фильтрации, выполненной с возможностью подачи воздуха к газовой турбине, при этом указанная система фильтрации содержит первый фильтр, второй фильтр, расположенный ниже по потоку от первого фильтра и обладающий такой же или более высокой степенью улавливания, что и первый фильтр, первый защитный фильтр, расположенный между первым и вторым фильтрами и обладающий более низкой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром, причем указанный способ включает этап замены фильтрующих элементов первого фильтра в процессе работы газовой турбины, с предотвращением попадания грязи из первого фильтра во второй фильтр благодаря первому защитному фильтру.

15. Способ по п. 14, в котором дополнительно:

используют устройство изменения потока между первым фильтром и первым защитным фильтром;

замедляют воздушный поток, выходящий из первого фильтра и проходящий по направлению к первому защитному фильтру, посредством устройства изменения потока на указанном этапе замены фильтрующих элементов первого фильтра.

16. Способ по п. 14 или 15, в котором дополнительно:

используют защитный фильтр, расположенный ниже по потоку от второго фильтра,

заменяют фильтрующие элементы второго фильтра после замены фильтрующих элементов первого фильтра с предотвращением выхода грязи или посторонних включений из системы фильтрации посредством второго защитного фильтра.

17. Способ технического обслуживания системы фильтрации, выполненной с возможностью подачи воздуха к газовой турбине, при этом система фильтрации содержит:

фильтровальную камеру, имеющую впуск для воздуха и выпуск для воздуха,

первый фильтр, обладающий первой степенью улавливания и расположенный в указанной фильтровальной камере,

второй фильтр, обладающий второй степенью улавливания, которая равна первой степени улавливания или превышает ее, и расположенный в указанной фильтровальной камере ниже по потоку от первого фильтра,

первый защитный фильтр, расположенный в указанной фильтровальной камере между первым и вторым фильтрами и обладающий более низкой степенью улавливания по сравнению с первым фильтром, причем указанный первый защитный фильтр разделяет фильтровальную камеру на верхний по потоку отсек и нижний по потоку отсек,

второй защитный фильтр, расположенный между вторым фильтром и выпуском для воздуха, причем степень улавливания второго защитного фильтра ниже по сравнению со вторым фильтром,

при этом указанный способ включает следующие этапы:

открывание верхнего по потоку отсека;

проникновение в верхний по потоку отсек;

замена фильтрующих элементов первого фильтра, предотвращая при этом попадание загрязнений из первого фильтра во второй фильтр посредством первого защитного фильтра,

выход из верхнего по потоку отсека;

закрывание верхнего по потоку отсека;

открывание нижнего по потоку отсека;

проникновение в нижний по потоку отсек;

замена фильтрующих элементов второго фильтра, предотвращая при этом выход посторонних включений или загрязнений из указанной фильтровальной камеры посредством второго защитного фильтра;

причем указанные этапы выполняют в процессе работы газовой турбины.

18. Способ по п. 17, в котором дополнительно:

используют устройство изменения потока между первым фильтром и первым защитным фильтром;

замедляют воздушный поток, выходящий из первого фильтра и проходящий по направлению к первому защитному фильтру, посредством устройства изменения потока во время замены фильтрующих элементов первого фильтра.

19. Способ по п. 17 или 18, в котором дополнительно заменяют фильтрующие элементы первого защитного фильтра после замены фильтрующих элементов первого фильтра.